一種新型抽油機曲柄銷螺母上緊裝置設計

蘭 真，鄧 陽，方艷輝，洪 濤，姚高祥，邊洪偉

（中國石油渤海石油裝備制造有限公司采油裝備公司，天津 300280）

0 引言

曲柄銷是抽油機的關鍵零件，也是易損件，其損壞的原因大多是因松動導致疲勞破壞。防止曲柄銷松動應從多方面考慮，其中有效預緊是關鍵。目前，曲柄銷螺母的預緊方式多為人工用大錘砸緊，該方法受人力影響，預緊力矩無法控制，且所需預緊力較大時人工預緊困難。介紹一種曲柄銷螺母預緊裝置，可以有效解決上述問題。

1 曲柄銷受力分析

1.1 預緊力分析

曲柄銷裝置聯接及受力如圖1 所示，P 為連桿力，F 為表面摩擦力，N 為接合面正壓力，Q 為螺紋預緊力。

圖1 曲柄銷聯接及受力

曲柄銷預緊力并不是越大越好，滿足曲柄銷與錐套之間的最小結合壓力，由曲柄銷軸向受力平衡，則有[1]：

式中 Qmin——最小預緊力，N

d——曲柄銷錐面大端的直徑，mm

L——曲柄銷和錐套配合長度，mm

M——曲柄銷A-A 截面承受的最大彎矩，N·mm

α——壓力分布系數

J1——曲柄銷的慣性矩，mm4

J2——錐套的慣性矩，mm4

μ——結合表面摩擦系數

r——曲柄銷錐面大端的半徑，mm

β——錐角，°

1.2 預緊力與預緊力矩的關系

預緊力矩用于克服螺紋阻力矩和端面摩擦力矩，在螺栓大小確定后，預緊力矩同預緊力呈正比關系，近似為[2-3]：

式中 T——曲柄銷裝配時所需的最小預緊力矩，N·mm

K——預緊力矩系數，取0.2

d——螺紋公稱直徑，mm

2 曲柄銷螺母預緊裝置的設計

曲柄銷螺母預緊裝置如圖2 所示，主要由防脫器、螺母套筒、液壓扭矩扳手、高壓油管及電動液壓泵組成。防脫器及螺母套筒根據曲柄銷螺母尺寸設計，如圖3 所示。液壓扭矩扳手選用MTH 系列，可輸出力矩范圍：27～70 660 N·m；電動液壓泵選用ZB 系列，最高壓力70 MPa。

圖2 曲柄銷螺母鎖緊裝置

圖3 螺母套筒及防脫器

曲柄銷螺母預緊裝置采用液壓加力的預緊方式，通過油壓控制力矩，可實現對預緊力矩的精確計量。預緊過程：①設定電動液壓泵壓力，如曲柄銷螺母預緊力矩為3000 N·mm，若選用MTH16 液壓扳手，只需將液壓泵壓力設定至13.7 MPa即可，如圖4所示；②將液壓扭矩扳手復位，聯接螺母套筒；③反復按下控制器，在油壓的作用下，螺母套筒開始轉動，直到曲柄銷螺母無相對位移為止，預緊力矩施加完畢。

圖4 MTH16 扳手壓力與力矩關系

3 實驗效果

以CYJ12-6-73HF 抽油機為例：曲柄銷材料為35CrMo，錐套材料為40Cr，曲柄銷大端直徑為d=110 mm，曲柄銷錐度1∶10，采用螺紋M90×4 mm，曲柄銷懸臂長L0=120 mm，曲柄銷與錐套實際配合長度L=140 mm，錐套外徑D=130 mm。由式（1）和式（2）計算出抽油機曲柄銷的預緊力矩為3108.15 N·mm。

將電動液壓泵壓力值調至14.5 MPa，此時曲柄銷螺母預緊裝置可輸出的預緊力矩為3182 N·mm，略高于最小預緊力矩，預緊過程如圖5 所示。預緊后，多人多次用大錘砸緊法驗證，砸擊聲音清脆，曲柄銷螺母無轉動量，預緊效果良好。

圖5 曲柄銷的預緊

4 結論

曲柄銷螺母預緊裝置解決了人工預緊的諸多問題，取得了積極效果：①該裝置采用液壓加力的預緊方式，實現了對曲柄銷螺母預緊力矩的精確計量，有效降低了因曲柄銷松脫導致的抽油機事故；②設定油壓后，通過控制器即可快速完成各種曲柄銷螺母的預緊與拆松，大大降低了工人的勞動強度，提升了工作效率。